單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)常見(jiàn)問(wèn)題及其措施

黃 鶴

在建筑工程中，樁基的主要作用是連接上部結(jié)構(gòu)的荷載，包括地基和地上房屋荷載及整個(gè)基礎(chǔ)荷載，通過(guò)樁基礎(chǔ)傳遞到樁端。通過(guò)對(duì)上部作用力的均勻分解，能夠減弱不均勻沉降引起的房屋傾斜和裂縫等不良情況。所以，樁基的施工質(zhì)量將直接影響到建筑物的整體施工質(zhì)量。對(duì)于樁基施工質(zhì)量的檢測(cè)尤為重要。目前，最常用的檢測(cè)方式是靜載試驗(yàn)。通過(guò)樁基靜載試驗(yàn)，分析樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中的一些不足，從而有針對(duì)性的對(duì)一些施工參數(shù)做出相應(yīng)的改變，使樁身的平整度和強(qiáng)度滿足不同的要求。

本文通過(guò)具體的案例，分析了檢測(cè)中遇到的常見(jiàn)問(wèn)題，提出了檢測(cè)過(guò)程中反力裝置和試驗(yàn)裝置的合理設(shè)計(jì)和處理改進(jìn)方案，使抗拔靜載試驗(yàn)裝置和反力作用裝置符合規(guī)范的規(guī)定，從而保障試驗(yàn)的順利進(jìn)行，為廣大檢測(cè)行業(yè)同行提供參考。

圖1 抗拔靜載

1 抗拔靜載荷試驗(yàn)的作用

1.1 為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)

在施工前，根據(jù)場(chǎng)地的實(shí)際情況選擇有代表性的區(qū)域，進(jìn)行樁基試驗(yàn)和靜載試驗(yàn)，確定施工質(zhì)量達(dá)到最佳狀態(tài)時(shí)的設(shè)計(jì)參數(shù)，為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工提供參考。如有必要，可在樁體內(nèi)安裝和埋設(shè)傳感器，并按要求完成樁身應(yīng)力、位移等關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量，然后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果做出更科學(xué)的判斷，為后續(xù)設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)。

1.2 為竣工驗(yàn)收提供依據(jù)

考慮到檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性要求，應(yīng)準(zhǔn)確控制最大荷載，即該值通常為單樁豎向承載力特征值的兩倍。靜載試驗(yàn)結(jié)果可作為驗(yàn)收的重要依據(jù)。在實(shí)際試驗(yàn)中，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定最大載荷，并據(jù)此組織加載作業(yè)。當(dāng)實(shí)際值達(dá)到預(yù)定的最大試驗(yàn)負(fù)載后，試驗(yàn)即可完成。

1.3 為樁基質(zhì)量檢測(cè)提供保證

在工程中，當(dāng)曲線出現(xiàn)異常時(shí)，可進(jìn)一步進(jìn)行靜載試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，以準(zhǔn)確判斷實(shí)際情況，判斷基樁實(shí)際承載力。聲波透射法和低應(yīng)變法是第一批樁基質(zhì)量檢測(cè)方法，可用于樁基完整性的判斷。

2 單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 試驗(yàn)原理

通過(guò)安裝在樁身上的位移傳感器測(cè)量樁身應(yīng)變或樁身截面位移，單樁豎向上拔靜載檢測(cè)是利用千斤頂對(duì)樁身施加外力，計(jì)算樁的側(cè)向阻力，然后繪制U ～δ 曲線，確定樁身抗拔承載力。

圖2 坡道一24#測(cè)試曲線

2.2 反力裝置的安裝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作條件選擇一個(gè)可行的加載反應(yīng)裝置，并關(guān)注該裝置提供的最大反應(yīng)。試驗(yàn)反應(yīng)裝置應(yīng)采用反應(yīng)樁（或工程樁）提供軸承反應(yīng)，或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件使用天然地基提供軸承反應(yīng)。反作用框架系統(tǒng)的安全系數(shù)應(yīng)為1.2 倍，并符合以下規(guī)定：

（1）用反力樁（或工程樁）提供支護(hù)反力時(shí)，反力樁頂面應(yīng)平整并具有一定強(qiáng)度。

（2）當(dāng)自然地基用于提供反作用力時(shí)，施加在地基上的壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)地基承載力特征值的1.5 倍；反作用梁支點(diǎn)的重心應(yīng)與座椅中心重合。

（3）壓載在地基上施加的壓應(yīng)力不應(yīng)大于地基承載力特征值的1.5 倍。如有可能，應(yīng)將工程樁用作超載支點(diǎn)。

反力裝置能在整個(gè)加載過(guò)程中保持穩(wěn)定狀態(tài)（不變形）。換言之，設(shè)備應(yīng)具有足夠的安全儲(chǔ)備。為了滿足裝置的穩(wěn)定性要求，有必要從強(qiáng)度和變形的角度檢查裝置的部件。

2.3 荷載測(cè)量

現(xiàn)階段，一系列自動(dòng)靜載試驗(yàn)設(shè)備相繼投放市場(chǎng)，靜載荷試驗(yàn)用千斤頂與油泵連接。試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)使用千斤頂按要求逐漸加載。電子傳感器通常適用于完成機(jī)油壓力的測(cè)量，根據(jù)測(cè)得的壓力和壓力，換算后得到千斤頂?shù)膲毫χ?。整個(gè)加載過(guò)程自動(dòng)化程度高，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得到保證，可以有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人為因素對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的不利影響。

2.4 加載模式

在靜載試驗(yàn)中，應(yīng)合理控制樁基礎(chǔ)的絕對(duì)沉降。在靜載試驗(yàn)中，廣泛采用慢速維持荷載法，但在一些地質(zhì)條件成熟的工程中，也可采用快速維持荷載法。與慢速維持荷載法相比，快速維持荷載法具有更突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。一方面，它可以縮短檢測(cè)周期，為后續(xù)工作提供更多的時(shí)間；另一方面可以減少晝夜溫差等外部因素的影響，使檢測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。

圖3 坡道五9#測(cè)試曲線

2.5 位移監(jiān)測(cè)

參考梁和參考樁是沉降觀測(cè)中的關(guān)鍵設(shè)備，但在工程中也容易被忽視。如果未設(shè)置參考樁，則將參考樁設(shè)置在沙袋上。基準(zhǔn)樁和其他基礎(chǔ)指標(biāo)的驅(qū)動(dòng)深度或長(zhǎng)度不合理，基準(zhǔn)樁的剛度較低，或由于其它原因易發(fā)生明顯變形。在實(shí)際工作中，必須合理設(shè)置基準(zhǔn)梁，一端必須固定在基準(zhǔn)樁上，另一端必須簡(jiǎn)支在基準(zhǔn)樁上。此時(shí)，可有效提高參考梁對(duì)溫度變化的阻力水平，以避免撓度和變形。在靜載試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)樁、錨樁和堆載平臺(tái)支墩對(duì)參考樁會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響，這與它們之間的距離、荷載關(guān)系和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件有關(guān)。這些因素的差異將導(dǎo)致影響程度的差異。

3 上拔靜載荷試驗(yàn)中的常見(jiàn)問(wèn)題

3.1 樁身結(jié)構(gòu)損壞

主要考慮以下兩種情況：

（1）樁帽壓碎：當(dāng)樁頂質(zhì)量缺陷（平整度和強(qiáng)度不足）以及樁帽與樁身連接不穩(wěn)定時(shí)，荷載容易產(chǎn)生不利影響，如樁帽損壞。

（2）樁身傾斜和損壞：當(dāng)樁身強(qiáng)度不足，預(yù)制樁接頭未得到有效處理時(shí)，靜載試驗(yàn)中容易出現(xiàn)樁身傾斜、斷裂等異常情況。此時(shí)，地基土的承載力沒(méi)有得到有效發(fā)揮，導(dǎo)致對(duì)靜載試驗(yàn)結(jié)果缺乏指導(dǎo)意義，即難以反映樁土體系的實(shí)際情況。

3.2 加載系統(tǒng)故障

（1）千斤頂量程不足：千斤頂是靜載試驗(yàn)的關(guān)鍵設(shè)備，使用前未復(fù)位。在這種情況下，千斤頂在達(dá)到最大試驗(yàn)載荷之前已完全彈出，因此很難有效參與下一級(jí)載荷的加載操作。因此，在試驗(yàn)前，應(yīng)詳細(xì)檢查千斤頂，以確保范圍為零。

（2）裝置提供的反作用力不足：當(dāng)超載小或大時(shí)，超載中心偏移，導(dǎo)致偏心。在這種情況下，測(cè)試被迫停止。有必要根據(jù)實(shí)際情況制定切實(shí)可行的方案，作為大噸位試樁作業(yè)前后續(xù)工作的參考。

（3）主梁和次梁過(guò)度變形：試驗(yàn)未完成時(shí)，由于剛性梁強(qiáng)度不足，出現(xiàn)明顯的撓度變形。如果不立即暫停試驗(yàn)，容易造成安全事故；另外，當(dāng)剛性梁發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)影響千斤頂?shù)恼Ｊ褂谩＠?，如果測(cè)量范圍不足，測(cè)試將中斷。因此，有必要提高剛性梁的力學(xué)性能。

3.3 測(cè)量系統(tǒng)故障

（1）基準(zhǔn)樁和基準(zhǔn)梁的移動(dòng)：將固定基準(zhǔn)梁的樁準(zhǔn)確設(shè)置在被測(cè)樁的影響范圍之外更為合適，并應(yīng)考慮溫度等因素的影響。

（2）系統(tǒng)故障：測(cè)試前應(yīng)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)檢查和調(diào)試，并對(duì)傳感器采取防水等保護(hù)措施，確保傳感器穩(wěn)定工作。

4 工程案例分析

4.1 工程概況

潛山市高鐵站前廣場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目地位于潛山市油壩鄉(xiāng)，潛山南站站前樞紐建筑物總長(zhǎng)194m，總寬150m，車庫(kù)埋深8m/6m。車庫(kù)左側(cè)有寬度10m 的管涵。主體結(jié)構(gòu)為一層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，擬建建筑物為停車場(chǎng)地下室、站前高架入口段、站前高架出口段及管涵。地庫(kù)、坡道一～坡道五基礎(chǔ)采用旋挖鉆孔混凝土灌注樁，總樁數(shù)672 根。

4.2 工程地質(zhì)概況

（1）素填土，黃褐色、灰褐色，大部分為水田，水深約0.1m，含大量植物根莖，主要由粘性土組成。局部地段表層含碎石、塊石等；場(chǎng)地北部局部分布小堆土丘，年代10 年以上，松散狀態(tài)，層厚在0.30m ～5.90m。

（2）淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，灰褐色，流塑～軟塑狀，濕，含腐殖質(zhì)，局部深度范圍內(nèi)夾薄層狀粉細(xì)砂條、塊。該層全區(qū)分布，層厚在1.50m ～9.10m。

（3）粉質(zhì)黏土，灰褐色、黃褐色，粉質(zhì)粘土呈軟塑～軟可塑，濕；分布范圍較小，不連續(xù)，局部呈透鏡體狀態(tài)分布，該層局部分布，層厚在0.50m ～2.70m

（4）中砂，灰褐色、灰白色，稍密～中密狀態(tài)，飽和，成分主要為石英、云母、長(zhǎng)石，局部為粗砂，含少量礫石，分布厚度變化較大，分布連續(xù)，層厚在1.10m ～3.30m。

（5）礫砂，灰褐色、灰白色，中密狀態(tài)，飽和，成分主要為石英、云母、長(zhǎng)石，底部含10%～30%左右的卵石，呈次圓狀，磨圓度及分選性較好。該層全區(qū)分布，層厚在2.00m ～3.80m。

（6）卵石，淺黃色、灰褐色，密實(shí)狀態(tài)，飽和，充填10%～30%左右細(xì)粒，卵石主要由石英石、燧石組成，直徑一般4m ～9cm，最大可達(dá)10cm 以上，呈次圓狀，磨圓度及分選性較好，層厚在1.50 ～3.50。

（7）強(qiáng)風(fēng)化砂巖，棕紅色，巖芯呈碎塊狀，密實(shí)，原巖結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重分辨不清，巖芯較破碎，泥、鐵質(zhì)膠結(jié)，成分主要為石英、長(zhǎng)石及云母，層厚在1.50 ～2.00。

（8）中風(fēng)化砂巖，棕紅色，巖芯呈短柱狀或柱狀，密實(shí)，巖芯完整，塊狀細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。手可掰成碎塊狀，泥、鐵質(zhì)膠結(jié)，成分主要為石英、長(zhǎng)石及云母，屬軟巖，巖體基本質(zhì)量為Ⅳ級(jí)。

4.3 最大試驗(yàn)荷載

根據(jù)《建設(shè)工程基樁承載力靜載檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》DB34/T5073－2017 第5.1.3 條，加載量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求的單樁豎向抗拔承載力特征值的2.0 倍。本工程樁的單樁豎向抗拔承載力特征值設(shè)計(jì)要求分別為：1800kN（地下車庫(kù)）、849kN（坡道一）、758kN（坡道五），最大試驗(yàn)荷載應(yīng)不小于1800kN×2=3600kN、849kN×2=1698kN 和758kN×2=1516kN，試 驗(yàn) 時(shí) 取3600kN、1700kN 和1520kN。

4.4 試驗(yàn)加載與分級(jí)

根據(jù)《建設(shè)工程基樁承載力靜載檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》DB34/T5073－2017 第4.3.2 條，分級(jí)荷載宜為最大加載量或預(yù)估極限承載力的1/10，第一級(jí)可取分級(jí)荷載的2 倍加載。本次試驗(yàn)首級(jí)加載720kN、340kN 和304kN，以后各級(jí)各加載360kN、170kN 和152kN。

4.5 上拔相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《建設(shè)工程基樁承載力靜載檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》DB34/T5073－2017 第3.6.2 條，每級(jí)荷載施加后維持1h，按第5min、15min、30min 測(cè)讀樁頂位移量，以后每隔15min 測(cè)讀一次，每級(jí)荷載至少維持1h，若最后15min 時(shí)間間隔的樁頂位移增量與相鄰15min 時(shí)間間隔的樁頂位移增量相比未明顯收斂時(shí)，應(yīng)延長(zhǎng)維持荷載時(shí)間，直至最后15min 的位移增量小于相鄰15min 的位移增量時(shí)，可施加下一級(jí)荷載。

4.6 靜載試驗(yàn)

本次試驗(yàn)通過(guò)鋼梁、工字鋼反力架，利用天然地基土提供反力，采用快速維持荷載法。

根據(jù)《建設(shè)工程基樁承載力靜載檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》DB34/T5073－2017 第5.1.3 條，加載量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求的單樁豎向抗拔承載力特征值的2.0 倍。本工程樁的單樁豎向抗拔承載力特征值設(shè)計(jì)要求分別為：849kN（坡道一）、758kN（坡道五），最大試驗(yàn)荷載應(yīng)不小于849kN×2=1698kN 和758kN×2=1516kN，試驗(yàn)時(shí)取3600kN、1700kN 和1520kN。

卸載時(shí)，每級(jí)荷載維持15min，按第5min、15min 測(cè)讀樁頂位移量后，即可卸下一級(jí)荷載。卸載至零后，應(yīng)測(cè)讀樁頂殘余位移量，一般維持時(shí)間為1h，測(cè)讀時(shí)間為5min、15min、30min、60min。

4.7 結(jié)果分析

（1）從坡道一24#樁的單樁豎向抗拔試驗(yàn)U ～δ 曲線可以看出，當(dāng)荷載最大加至1700kN 后，樁頂最大上拔量為3.71mm，曲線未出現(xiàn)陡升，末級(jí)荷載作用下的樁頂上拔量為0.43mm；從δ ～lgt 曲線看，各級(jí)荷載所對(duì)應(yīng)的時(shí)程曲線均較平坦，未出現(xiàn)明顯上彎；從卸載情況看，完全卸載后殘余上拔量為2.17mm，最大回彈量為1.54mm，回彈率為41.51%。根據(jù)《建設(shè)工程基樁承載力靜載檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》DB34/T5073－2017 第5.4.3 條，該受檢工程樁的單樁豎向抗拔極限承載力可取末級(jí)試驗(yàn)荷載（1700kN）。

（2）從坡道五9#樁的單樁豎向抗拔試驗(yàn)U ～δ 曲線可以看出，當(dāng)荷載最大加至1520kN 后，樁頂最大上拔量為3.56mm，曲線未出現(xiàn)陡升，末級(jí)荷載作用下的樁頂上拔量為0.38mm；從δ ～lgt 曲線看，各級(jí)荷載所對(duì)應(yīng)的時(shí)程曲線均較平坦，未出現(xiàn)明顯上彎；從卸載情況看，完全卸載后殘余上拔量為2.80mm，最大回彈量為0.76mm，回彈率為21.35%。根據(jù)《建設(shè)工程基樁承載力靜載檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》DB34/T5073－2017 第5.4.3 條，該受檢工程樁的單樁豎向抗拔極限承載力可取末級(jí)試驗(yàn)荷載（1520kN）。

4.8 結(jié)論

（1）靜載試驗(yàn)法檢測(cè)的坡道一24#樁的單樁豎向抗拔承載力特征值為850kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）靜載試驗(yàn)法檢測(cè)的坡道五9#樁的單樁豎向抗拔承載力特征值為760kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

樁基靜載試驗(yàn)是檢測(cè)樁基承載力的主要方法，靜載檢測(cè)數(shù)據(jù)較為真實(shí)有效。在具體的試驗(yàn)過(guò)程中，要有針對(duì)性地解決相關(guān)問(wèn)題，從而提高靜載檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，這對(duì)后續(xù)施工工作的順利開(kāi)展具有重要意義。